DARPA ha un ambizioso piano da 1,5 miliardi di dollari per reinventare l'elettronica

Illustrazione del motivo a strisce rosse sotto un chip di computer blu riempito con stelle bianche a cinque punte. La signora Tech

L'anno scorso, il Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa (DARPA) , che finanzia una serie di sforzi di ricerca del cielo blu relativi alle forze armate statunitensi, ha lanciato un programma quinquennale da 1,5 miliardi di dollari noto come Electronics Resurgence Initiative (ERI) per supportare il lavoro sui progressi nella tecnologia dei chip. L'agenzia ha appena presentato la prima serie di team di ricerca selezionati per esplorare approcci non provati ma potenzialmente potenti che potrebbero rivoluzionare lo sviluppo e la produzione di chip negli Stati Uniti.

L'innovazione hardware è passata in secondo piano rispetto ai progressi del software negli ultimi anni e questo infastidisce l'esercito americano per diversi motivi.

Fine di un'era

In cima alla lista c'è che la legge di Moore, che sostiene che il numero di transistor montati su un chip raddoppi all'incirca ogni due anni, sta raggiungendo i suoi limiti (vedi la legge di Moore è morta. E adesso?). Ciò potrebbe ostacolare i futuri progressi nell'elettronica su cui fanno affidamento i militari, a meno che nuove architetture e progetti non consentano il progresso delle prestazioni dei chip.

Ci sono anche preoccupazioni per l'aumento dei costi di progettazione di circuiti integrati e per l'aumento degli investimenti stranieri, per cui leggi il cinese, nella progettazione e produzione di semiconduttori (vedi la Cina vuole realizzare i chip che aggiungeranno l'IA a qualsiasi gadget).

Il budget dell'ERI rappresenta circa un quadruplo della spesa annuale tipica di DARPA per l'hardware. I progetti iniziali riflettono le tre grandi aree di interesse dell'iniziativa: design dei chip, architettura, materiali e integrazione.

Un progetto mira a ridurre radicalmente il tempo necessario per creare un nuovo design di chip, da anni o mesi a un solo giorno, automatizzando il processo con l'apprendimento automatico e altri strumenti in modo che anche utenti relativamente inesperti possano creare progetti di alta qualità.

Nessuno sa ancora come completare il design di un nuovo chip in 24 ore in sicurezza senza l'intervento umano, afferma Andrew Kahng dell'Università della California, San Diego, che guida uno dei team coinvolti. Questo è un approccio fondamentalmente nuovo che stiamo sviluppando.

Stiamo cercando di progettare la rivoluzione della produzione di birra artigianale nell'elettronica, afferma William Chappell, capo dell'ufficio DARPA che gestisce il programma ERI. L'agenzia spera che gli strumenti di progettazione automatizzata ispirino le aziende più piccole senza le risorse dei giganteschi produttori di chip, proprio come i produttori di birra specializzati negli Stati Uniti hanno innovato insieme ai giganti dell'industria della birra.

Nuovi materiali per chip e design intelligenti

Se vogliamo andare oltre la legge di Moore, tuttavia, è probabile che saranno necessari materiali radicalmente nuovi e nuovi modi di integrare potenza di calcolo e memoria. Lo spostamento dei dati tra i componenti di memoria che li immagazzinano e i processori che agiscono su di essi assorbe energia e crea uno dei maggiori ostacoli all'aumento della potenza di elaborazione.

Un altro progetto ERI esplorerà i modi in cui nuovi schemi di integrazione dei circuiti possono eliminare, o almeno ridurre notevolmente, la necessità di spostare i dati. L'obiettivo finale è incorporare efficacemente la potenza di calcolo nella memoria, il che potrebbe portare a notevoli aumenti delle prestazioni.

Sul fronte dell'architettura dei chip, DARPA vuole creare hardware e software che possono essere riconfigurati in tempo reale per gestire compiti più generali o specializzati come applicazioni specifiche di intelligenza artificiale. Oggi sono necessari più chip, aumentando complessità e costi.

Alcuni degli sforzi di DARPA si sovrappongono ad aree già ampiamente lavorate nell'industria. Un esempio è un progetto da sviluppare Tecnologia 3D system-on-chip , che mira ad estendere la legge di Moore utilizzando nuovi materiali come i nanotubi di carbonio e modi più intelligenti di impilare e partizionare i circuiti elettronici. Chappell riconosce la sovrapposizione, ma afferma che il lavoro dell'agenzia è probabilmente il più grande sforzo per rendere reale [l'approccio].

Non abbastanza

Alcuni pensano che la DARPA e altri rami del governo degli Stati Uniti che supportano la ricerca elettronica, come il Dipartimento dell'Energia, dovrebbero spendere ancora di più per stimolare l'innovazione.

Erica Fuchs, professoressa alla Carnegie Mellon University ed esperta di politiche pubbliche relative alle tecnologie emergenti, afferma che poiché lo sviluppo di chip si è concentrato su applicazioni più specifiche, le grandi aziende hanno perso l'appetito per spendere soldi in sforzi di ricerca collaborativa proprio come lo è la legge di Moore vacillante.

Fuchs elogia l'ERI, ma ritiene che l'approccio generale del governo degli Stati Uniti al supporto dell'innovazione elettronica sia facilmente inferiore di un ordine di grandezza a quanto necessario per affrontare le sfide che stiamo affrontando. Speriamo che il movimento di base per la progettazione di chip che DARPA sta cercando di fomentare vada in qualche modo a colmare il divario.

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